Wissenschaftliche Zeitmaschine | Wie wurde Uranus entdeckt?

Uranus ist der erste Planet in der Menschheitsgeschichte, der mit Hilfe eines Teleskops beobachtet wurde. Diese Entdeckung wird Friedrich Wilhelm Herschel zugeschrieben, einem herausragenden britischen Astronomen, der als „Begründer der Sternastronomie“ gilt. Am 13. März 1781 führte Herschel mit einem Teleskop im Hof ​​seines Hauses astronomische Erkundungen durch und nahm dabei zufällig ein Bild des mysteriösen Himmelskörpers Uranus auf.

In dieser Nacht wurde Herschel von einem beispiellos hellen Licht am Himmel angezogen und er spekulierte zunächst, dass es sich möglicherweise um einen neu entdeckten Kometen handeln könnte. Doch als die nachfolgenden Beobachtungen intensiver wurden und immer mehr Daten zusammenkamen, wurde Herschel klar, dass die Flugbahn des Lichtflecks sich stark von der bekannten Kometenbahn unterschied. Nach gründlicher Analyse und Vergleich kam Herschel schließlich zu dem Schluss, dass es sich bei diesem einzigartigen Lichtfleck nicht um einen Kometen, sondern um einen brandneuen Planeten im Sonnensystem handelte. Der Planet wurde Uranus genannt.

Vom Geozentrismus zum Heliozentrismus

Seit der Antike hat der Mensch nie aufgehört, das Universum zu erforschen. Nehmen wir beispielsweise die Erforschung des Sonnensystems: Schon in der Antike erkannten die Menschen die Existenz großer Planeten wie Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Die geozentrische Theorie des antiken griechischen Astronomen Ptolemäus ging davon aus, dass sich die Sonne und diese fünf Planeten um die Erde drehen. Im 15. Jahrhundert schlug der Astronom Kopernikus die heliozentrische Theorie vor, die besagte, dass Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn sich um die Sonne drehen.

Von der Einführung der heliozentrischen Theorie bis zur industriellen Revolution im 18. Jahrhundert gelangte die astronomische Gemeinschaft allmählich zu einem Konsens darüber, dass das Sonnensystem nur sechs Planeten umfasst: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn. Astronomen haben jedoch nicht aufgehört, andere Planeten im Sonnensystem zu erforschen.

Vor Herschel hatten Wissenschaftler Uranus beobachtet, ihn jedoch fälschlicherweise für einen Stern gehalten. Obwohl die Erkenntnisse dieser Wissenschaftler von der tatsächlichen Situation abwichen, legten ihre Erkenntnisse den Grundstein für Herschels spätere Erforschung des Uranus. Im Jahr 1690 beobachtete der Astronom Flamsteed Uranus durch ein Teleskop, doch aufgrund der Beschränkungen seiner Beobachtungsmethoden hielt er ihn fälschlicherweise für einen Stern im Sternbild Stier. Zwischen 1750 und 1759 beobachteten französische Astronomen Uranus mindestens zwölf Mal. Obwohl sie nicht bestätigten, dass es sich um den siebten Planeten im Sonnensystem handelt, lieferten sie Herschel wertvolle Beobachtungshinweise und Referenzmaterialien.

Der erste mit einem Teleskop entdeckte Planet

Friedrich Wilhelm Herschel wurde 1738 in Deutschland geboren und zog 1758 nach England. Obwohl er in eine musikalische Familie hineingeboren wurde, ebnete ihm das Schicksal einen besseren Weg in der Astronomie. Sein Vater war nicht nur mit den Geheimnissen der Musik bestens vertraut, sondern auch ein Astronomie-Fan mit einer unendlichen Liebe zum Sternenhimmel. Unter dem Einfluss seines Vaters entwickelte Herschel schon früh ein starkes Interesse an der Astronomie. Die Sternbilder am Nachthimmel waren ihm so vertraut wie alte Freunde.

Während seines Studiums der Musiktheorie stieß Herschel zufällig auf ein wissenschaftliches Werk – „Optik“. Dieses klassische Werk erläutert nicht nur die Herstellungsprinzipien von Teleskopen und Mikroskopen, sondern enthält auch ein Kapitel, das sich speziell mit der „Entdeckung von Sternen durch Teleskope“ befasst. Diese Inhalte waren wie ein Schlüssel, der Herschel die Tür zur Erforschung der Geheimnisse des Universums öffnete und seinen starken Wunsch weckte, Himmelskörper zu beobachten und zu studieren.

Seit der Antike hat die Neugier der Menschen nie nachgelassen und sie erforschen das Universum, und Herschel bildet hier keine Ausnahme. Im Jahr 1773 las er das Buch „Astronomical Explanation of Sir Isaac Newton’s Principia“ und die darin beschriebenen fernen und geheimnisvollen Himmelskörper weckten in ihm eine Sehnsucht danach. Um die im Buch beschriebenen Himmelskörper mit eigenen Augen zu sehen, begann er mit eigenen astronomischen Beobachtungen. Zunächst verwendete er ein Linsenteleskop, doch der Effekt war nicht optimal. Um ein geeigneteres Werkzeug zur Erforschung des Universums zu finden, beschloss er, es mit einem Spiegelteleskop zu versuchen.

Von 1774 bis 1787 versuchte Herschel weiterhin, sein eigenes Teleskop zu bauen. Er beherrschte nach und nach die Technologie des Schleifens von Parabolreflektoren und installierte erfolgreich mehrere Spiegelteleskope. Um die Fokussierungseffizienz zu verbessern und den Verlust gebrochenen Lichts zu verringern, entwickelte er ein einzigartiges optisches System, das als „Herschel-Teleskop“ bekannt ist. Mit diesem selbst entwickelten Werkzeug gelang ihm erstmals die Beobachtung des Orionnebels und die eindeutige Identifizierung der Saturnringe. Von da an führte er nicht nur nachts unermüdlich Himmelsdurchmusterungen durch, sondern widmete sich tagsüber oft auch dem Schleifen von Teleskopspiegeln.

In der Nacht des 13. März 1781 blickte Herschel wie üblich mit einem 15-cm-Spiegelteleskop in den weiten Sternenhimmel. Als sein Blick sich in Richtung Zwillinge richtete, erregte ein seltsamer, heller Stern seine Aufmerksamkeit. Er hat alle Sternenkarten durchgesehen, konnte jedoch keine Spur dieses Sterns finden. Also wechselte er zu einem Okular mit einer höheren Vergrößerung, mehr als 400-fach, mehr als 900-fach ... Nach sorgfältiger Beobachtung war er sicher, dass dies kein gewöhnlicher Stern war. Denn egal, wie sehr man die Vergrößerung des Teleskops steigert, der blaugrüne Umriss des Sterns bleibt so klar wie zuvor. Aus Vorsicht gab der Astronom Herschel die Entdeckung nicht überstürzt bekannt, sondern behielt den geheimnisvollen kleinen Planeten zehn Nächte lang in Folge genau im Auge. Allmählich bemerkte er, dass sich der Planet jeden Tag langsam und mit einer fast unmerklichen Geschwindigkeit bewegte.

Nach einer Zeit geduldiger Beobachtung berechnete Herschel anhand der gesammelten Daten sorgfältig die Umlaufbahn des Planeten und stellte fest, dass dieser nahezu ein perfekter Kreis war und doppelt so weit von der Sonne entfernt war wie Saturn. Da wurde ihm klar, dass er möglicherweise einen völlig neuen Planeten entdeckt hatte. Als immer mehr Beobachtungsdaten zusammenkamen, bestätigte die astronomische Gemeinschaft schließlich diese erstaunliche Entdeckung: Es gibt tatsächlich einen neuen Planeten im Sonnensystem, und sein Abstand von der Sonne ist doppelt so groß wie der von Saturn, dem damals am weitesten entfernten bekannten Planeten.

Die Nachricht von Herschels Entdeckung eines neuen Planeten sorgte schnell für Aufsehen. Zur Erinnerung an diese große Entdeckung wurde der neue Planet „Uranus“ genannt, was vom Namen des Vatergottes Saturn in der griechischen Mythologie stammt.

Die Entstehung und Entwicklung des Uranus

Die Entstehungsgeschichte des Uranus lässt sich bis in die Frühzeit des Sonnensystems vor etwa 4,6 Milliarden Jahren zurückverfolgen. Damals begann eine riesige Wolke aus Gas und Staub unter dem Einfluss der Schwerkraft zu kollabieren und bildete schließlich die Ursonne. Im weiteren Verlauf dieses Prozesses kreiste die verbleibende Materie um die Sonne und sammelte sich allmählich an. Ein Teil davon könnte sich zu Uranus verdichtet haben.

Während der Entstehungsphase des Uranus lösten extreme Temperaturen und Drücke im Inneren des Planeten komplexe chemische Reaktionen aus, bei denen hochdichte Gase, hauptsächlich Wasserstoff, Helium und Methan, entstanden, die seine Atmosphäre bilden. Die einzigartige blaue Farbe der Atmosphäre des Uranus wird auf die spezifische Absorptions- und Streuwirkung des Methangases auf das Sonnenlicht zurückgeführt.

Uranus hat eine komplexe innere Struktur und es wird vermutet, dass er einen Gesteinskern besitzt, der von einer dicken Eisschicht umgeben ist, die Verbindungen wie Wasser, Ammoniak und Methan enthalten könnte. Darüber hinaus weist Uranus ein ganz besonderes Magnetfeld auf: Der Neigungswinkel zwischen dem Magnetpol und der Rotationsachse beträgt mehr als 90 Grad, sodass er sich in einem nahezu „liegenden“ Zustand befindet.

Während seines langen Evolutionsprozesses hat Uranus viele bedeutende Ereignisse erlebt. Möglicherweise wurde er von großen Himmelskörpern getroffen und diese Einschläge hatten erhebliche Auswirkungen auf die Neigung seiner Rotationsachse und die Form seines Magnetfelds. Gleichzeitig hat sich auch die Atmosphäre des Uranus erheblich verändert und ein komplexes Wolken- und Sturmsystem gebildet. Der bemerkenswerteste davon ist der „Große Blaue Fleck“, ein riesiger Sturm mit einem Durchmesser von 25.000 Kilometern, der seit Jahrzehnten existiert.

Referenzquellen: China.com, Science China, CCTV.com